JPH0415409A

JPH0415409A - 混合器

Info

Publication number: JPH0415409A
Application number: JP11911290A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Ozawa; 靖小沢; Noboru Hisamatsu; 暢久松; Hiroshi Ishikawa; 浩石川; Toru Yamanaka; 亨山中; Mikito Saiga; 雑賀　幹人; Masahiro Okahata; 岡畑　征弘; Toshiaki Hasegawa; 敏明長谷川; Toshibumi Hoshino; 星野　俊文
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry; Kansai Electric Power Co Inc; Nippon Furnace Co Ltd
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry; Kansai Electric Power Co Inc; Nippon Furnace Co Ltd
Priority date: 1990-05-09
Filing date: 1990-05-09
Publication date: 1992-01-20
Anticipated expiration: 2013-07-09
Also published as: JP2774667B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、混合器に関する。更に詳述すると、本発明は
狭空間における燃料と空気との予混合に好適な混合器に
関する。

（従来の技術）従来の混合器としては、空気をノズルから噴出させてそ
の噴流のもつ運動エネルギによりカスを吸引し混合する
ベンチュリミキサが一般的である。

この混合器は予混合ガスバーナ用の混合器として各種工
業用カスバーナに使われている。

一方、本発明者らは低ＮＯｘのカスタービン用燃焼器を
開発するにあなって、工業的に実用化された小型の触媒
燃焼部と予混合気供給部とをセグメント化して組合せ、
１つの大型バーナを構成して触媒燃焼と気相燃焼との複
合燃焼によって触媒温度を触媒の耐熱温度以下に保って
触媒の劣化を防ぎつつ燃焼器出口の燃焼カス温度を高く
することを考えた。しかし、この燃焼器にあっては触媒
燃焼部における圧力損失が大きいことがら、燃焼器の実
用化に際しては小型でかつ圧力損失を大きくせずに予混
合可能な混合器が必要とされる。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、例えば圧力損失の低減を目的としたベン
チュリミキサは、均一な混合を得るためにはベンチュリ
部を多く設けなればならず構造が複雑となって製造上高
価となる問題がある。また、他の方法では圧力損失がか
なり大きくなり、ガスタービン用燃焼器のように圧縮器
からの圧力空気によって混合しようとするような場合に
は好ましくない。また、装置も大型化してしまうし、高
価となる問題がある。

即ち、従来の混合器では小型の触媒燃焼部の予混合器と
して適用することが製作上の問題並びに圧損の問題から
難しいものである。

本発明は圧力損失が少なく簡単な構造で安価な混合器を
提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）かかる目的を達成するため、本発明の混合器は、第１の
流体を流す内筒と該内筒を囲繞して第２の流体を流す流
路を前記内筒との間に形成する外筒とから成り、前記内
筒の外形部に周方向に山部と谷部とを交互に連続して設
けて成る凹凸を形成し、かつ前記山部が第２の流体の流
れ方向に緩やかに拡径させかつその終端に前記第２の流
体の流れ方向と交差する壁面を設けると共に該壁面に第
１の流体の噴出口を開口するようにしている。

また、本発明の混合器は、前記内筒の中央部に点火器を
設けバーナ機能を有するようにしている。

また、本発明の混合器は、前記内筒の中央部にも第２の
流体を流す流路を形成するようにしている。

また、本発明の混合器は、１本の外筒の中に複数本の内
筒を設けるようにしている。

（作用）したがって、山部の後即ち下流に生ずる負圧部分に谷部
から第２の流体が回り込み、山部の壁面から噴出される
第１の流体と衝突し混合される。

この際第２の流体は流れ方向に漸増する山部によって次
第に分割されるため、圧力損失を大きく増加させること
なしに増速して山部の下流に形成される負圧によって第
１の流体の噴射口の前に容易に回り込み、第１の流体と
第２の流体とを混合拡散させる。

（実施例）以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳細
に説明する。尚、本実施例は触媒燃焼と気相燃焼とを組
合せた燃焼器の予混合器として実施したものである。

第１図に本発明の混合器を適用した触媒燃焼式ガスター
ビン用燃焼器の概略図を示す。この実施例の触媒燃焼式
ガスタービン用燃焼器は、予混合気供給部４と、触媒燃
焼部３とを並列に配置して成るバーナ部１と、それらの
下流に形成された予混合燃焼部２とから主に成り、触媒
燃焼部３からの触媒燃焼ガスを保炎源として予混合気供
給部４からの予混合気を希薄予混合燃焼させるようにし
ている。

燃焼器は、図示していないが、通常、ケーリング（図示
省略）とライナー１との２重筒構造が採られ、ライナと
ケーシングとの間に形成された空気流路にガスタービン
側から供給される圧縮空気を導入して、予混合気供給部
４と触媒燃焼部３の集合から成るバーナ部１と、ライナ
ー１の冷却空気孔（図示省略）及びバイパス通路（図示
省略）を経てライナー１の内側の予混合燃焼部２に供給
するように設けられている。

また、予混合燃焼部２はセラミックスによって包囲され
、冷却の必要性がほとんどない高温壁の存在によって、
気相燃焼が起き難い状態の予混合燃焼部２の熱ロスを小
さく抑えて均一かつ完全燃焼させるように設けられてい
る。例えば、図のように金属筒１１ａを構造材とし、内
壁１１ｂをセラミックスとすることで、より温度が均一
で安定性のある燃焼器を得ることができる。この場合、
セラミックスはタイルのようなものでも、繊維状のらの
でも良い。また、ライナ全体をセラミックスで成形する
ことも可能である。

予混合気供給部４は、例えばゲージング内に開ロされる
空気供給管２０と燃料ノズル２１とによって構成されて
おり、開口面積比に従って分配される圧縮空気及び燃料
ノズル２１から噴出した燃料により所定濃度の予混合気
を得るように設けられている。また、予混合気供給部４
を構成する空気供給管２０の出口にはスワラ２２が設置
されており、予混合気を触媒燃焼ガスの流れに向けて噴
射させ、触媒燃焼カスとある程度拡散混合するように設
けられている。

触媒燃焼部３は、好ましくはチューブセグメントに触媒
１８を充填して成り、その上流側に予混合器３０を備え
るようにしている。例えば、触媒１８とバッフルプレー
ト４０を内蔵したセラミックス製触媒筒１つと、空気供
給管３１と燃料ノスル３２によって構成される予混合器
３０とから成る。

予混合器３０は、第２図に示すように、第１の流体例え
ば燃料を流す内筒即ち燃料ノズル３３と、第２の流体例
えは空気を流ず流路を内筒３２との間に形成する外筒即
ち空気供給管３１とから成り、空気の流れ方向に緩やか
に外径を増す山部３４と空気の流れ方向に平行な谷部３
３とを一定間隔置きに交互に周方向に設けた花弁状の燃
料ノスル３２と、それを囲繞する空気供給管３１とによ
り構成され、谷部３３を流れる空気が山部３４の下流に
形成される負圧部に流入することによって空気と燃料と
を混合するようにしている。燃料ノズル３２の燃料噴射
口３５は空気の流れと交差する山部３４の壁面３６に開
口され、空気の流れと同方向に噴射される。

第２の流体たる空気は燃料ノスル３２の谷部３３即ち山
部３４の側壁面と空気供給管３１とに囲まれた流路を流
れる。また、山部３４はその外径を漸増させ、空気流路
を分断するかのように谷部３３を形成している。そのた
め、空気流は圧力損失を大きく増加させずに緩やかに加
速し、燃料ノズル３２の外周面に従い分断されていく。

そして、空気供給管３１と燃料ノズル３２との間を流れ
る空気か山部３４の下流側に達した時に、この燃料ノズ
ル３２の下流側にできる負圧及びこれに起因する流れの
干渉効果により、燃料ノズル３２の全面、即ち燃料噴出
口３５の下流に巻き込まれるように流れる。この結果、
燃料と空気は均一に混合される。この場合、燃料噴出口
３５の径及び燃料ノズル３２の全面の面積を調整するこ
とにより混合の強さを調整できる。

尚、燃料ノズル３２の中央には開口３８を設け点火Ｉ・
−チ３７が配置され、予混合器３０にバーナとしての機
能をも併せ持たせるようにしている。

触媒１８の下流即ち触媒燃焼部３の出口にはバッフルプ
レート４０か設けられている。このバッフルプレート４
０は、例えば触媒燃焼ガスの流れを塞ぐ十字型の板から
成り、半径方向に突出する各月の間の切欠きから中心の
負圧部分４２に向けて互いに衝突しない緩やかな旋回流
を発生させる。

この緩やかな旋回流は周囲の予混合気供給部４から噴射
される希薄予混合ガスの一部を巻き込み適度な混合を達
成する。

尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の一例ではある
かこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱し
ない範囲において種々変形実施可能である。例えは、第
１図では燃料供給部中心部に点火トーチ３７を設置し、
均一燃焼が可能な低ＮＯｘバーナとしての機能を持なぜ
る適用例としているが、混合だけを目的とする場合には
前記点火トーチ３７は必ずしも必要がなく、点火トーチ
３７のスペースに空気供給管３１と燃料ノズル３２との
間の空気流路から分流した空気を流す管路を設け、更に
混合性を良好にすることもできる６また、第１図は軸対
称空気流中での適用例を示しているか、特に軸対称形状
にこだわる必要はなく流路の形状に合わせて燃料ノズル
（内［３２の外形及び必要であれば空気供給管（外筒）
３１の内形状を変化させても良い。この場合に重要なの
は流れの下流方向に向かって外径を緩やかに増加させる
ことと、流路を分断するように外形に山部３４と谷部３
３を設けることである。

更に、流路の大きさにもこだわる必要かない。

この場合には燃料ノズル３２を１本の空気供給管３１の
中に複数個配置して混合性を良くすることもできる。

また、本発明では外筒と内筒とは円筒管で構成している
が、これに特に限定されるものではなく、断面矩形、三
角形等に構成しても良い。

更に、混合する流体は本実施例の場合、燃料と燃焼用空
気にしているが、他の流体でも良いし、内筒側に空気を
外筒側に燃料を流すようにしても良い。

（発明の効果）以上の説明より明らかなように、本発明は、第１の流体
を流す内筒と該内筒を囲繞して第２の流体を流す流路を
前記内筒との間に形成する外筒とから構成し、前記内筒
の外形部に周方向に山部と谷部とを交互に連続して設け
て成る凹凸を形成し、かつ前記山部が第２の流体の流れ
方向に緩やかに拡径させかつその終端に前記第２の流体
の流れ方向と交差する壁面を設けると共に該壁面に第１
の流体の噴出口を開口しているので、空気流の圧力損失
を大きく増加させることなしに燃料供給部を空気流中に
拡散させることができる。また、外筒と内筒との間の空
気流路を分断するように外形に山部と谷部を設けるよう
にしているので、より一層の圧力損失の低減が図られる
と共に空気が燃料供給部首面に容易に回り込むことがで
きる。

これらの効果によって、燃料と空気は圧力損失を増大さ
せることなく均一に混合される。

また、構造は拡管作業と溶接作業によって簡単かつ安価
に製造できる。

更に、中央部に点火器を設けることにより燃料と空気の
均一に混合された状態での燃焼が得られ、低ＮＯｘバー
ナとしての役割を持たせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の混合器を適用した触媒燃焼式ガスター
ビン用燃焼器のバーナ部分の一具体例を示す中央縦断面
図である。第２図（Ａ）、（Ｂ）は予混合器の一実施例を示す中央
縦断面図及び一部切欠き正面図である。３０・・・予混合気、３１・・・空気供給管（外筒）、
３２・・・燃料ノズル（内筒）、３３・・・谷部、３４
・・・山部、３５・・・噴射口、３６・・・壁面。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１の流体を流す内筒とこの内筒を囲繞して第２
の流体を流す流路を前記内筒との間に形成する外筒とか
ら成り、前記内筒の外形部に周方向に山部と谷部とを交
互に連続して設けて成る凹凸を形成し、かつ前記山部が
第２の流体の流れ方向に緩やかに拡径させかつその終端
に前記第２の流体の流れ方向と交差する壁面を設けると
共に該壁面に第１の流体の噴出口を開口したことを特徴
とする混合器。
（２）前記内筒の中央部に点火器を設けバーナ機能を有
することを特徴とする請求項１記載の混合器。
（３）前記内筒の中央部にも第２の流体を流す流路を形
成したことを特徴とする請求項１記載の混合器。
（４）１本の外筒の中に複数本の内筒を設けたことを特
徴とする請求項１記載の混合器。